Способ определения плотности диспергированных систем

 

Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в технологии строительных конгломератных материалов и изделий на их основе. В способе определения плотности диспергированных систем, который включает определение плотности жидкой фазы, плотности твердой фазы и расчет плотности диспергированных систем, определяют объемную массу сухой твердой фазы, используют массовые характеристики жидкой и твердой фаз и их массовые отношения и при величинах коэффициента α раздвижки твердой фазы жидкой больше 1 расчет плотности диспергированных систем ведут по формуле: ρ_дс = (γ_т(ρ_т-ρ_ж)+α•ρ_ж•ρ_т)/(α•ρ_т), где ρ_дс - плотность диспергированных систем, кг/м³, ρ_т - плотность твердой фазы, кг/м³, γ_т - объемная масса сухой твердой фазы, кг/м³, ρ_ж - плотность жидкой фазы, кг/м³, α - коэффициент раздвижки твердой фазы жидкой. Технический результат - унификация способа определения плотности диспергированных систем, снижение объема трудозатрат в процессе испытания исходных материалов, повышение точности определения величины, обеспечение возможности проектирования сложных по составу конгломератных систем строительного назначения. 2 ил.

Изобретение относится к области испытаний и определения свойств материалов и может быть использовано в технологии строительных конгломератных материалов и изделий на их основе.

Известен способ определения плотности диспергированных систем, включающий измерение суммы масс твердой и жидкой фаз, т.е. Т_кг + Ж_кг, и последующее измерение объема системы (Материалы и изделия для строительства дорог. Справочник, под ред. Н.В. Горелышева. - М.: Транспорт, 1986. - с. 18-20).

Недостатком данного способа определения плотности системы является необходимость измерения объема системы для каждого массового отношения компонентов. Кроме того, в процессе совмещения твердой и жидкой фаз изменение объема системы не подчиняется правилу аддитивности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ определения плотности диспергированных систем, включающий определение плотности твердой и жидкой фаз, объемной доли твердой фазы (ϕ) и расчет плотности системы по формуле ρ_см = ρ_дϕ+ρ_c(1-ϕ) (А. Г. Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии. Учебник, изд. 9-ое. - М.: Химия, 1973, с. 176).

Недостатком известного способа является то, что содержание твердой фазы определяется через объемную долю, а не через массовое отношение фаз. В известном способе не учитывается проявление физического явления раздвижки твердой фазы жидкой. Кроме того, ограниченные пределы объемной доли твердой фазы не позволяют определять плотность систем, содержащих жидкую фазу в количествах, эквивалентных величине пустотности твердой фазы (пасты, замазки, шпатлевки, мастики и им подобные составы).

В основе создания изобретения лежит задача по разработке такого способа, который позволяет унифицировать способ определения плотности разнородных систем, снизить объем трудозатрат в процессе испытания исходных материалов, повысить точность определяемой величины, а также обеспечивать возможность проектирования сложных по составу конгломератных систем строительного назначения.

Технический результат достигается тем, что используют массовые характеристики твердой фазы, оказывающие влияние на расход жидкой фазы.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе определения плотности диспергированных систем, который включает определение плотности жидкой фазы, плотности твердой фазы и расчет плотности диспергированных систем, отличающийся тем, что определяют объемную массу сухой твердой фазы, используют массовые характеристики жидкой и твердой фаз и их массовые отношения и при величинах коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой α больше 1 расчет плотности диспергированных систем ведут по формуле: где ρ_дс - плотность диспергированных систем, кг/м³ , ρ_т - плотность твердой фазы, кг/м³, γ_т - объемная масса сухой твердой фазы, кг/м³, ρ_ж - плотность жидкой фазы, кг/м³, α - коэффициент раздвижки твердой фазы жидкой, безразмерная величина.

В процессе изучения свойств диспергированных систем установлено, что плотность как одна из фундаментальных физических величин диспергированных систем зависит от свойств твердой фазы и массового отношения жидкой и твердой фаз. В интервале значений от нуля до 1-γ_т/ρ_т плотность диспергированных систем возрастает, достигая максимальной величины при 1-γ_т/ρ_т, а затем, в связи с уменьшением содержания твердой фазы в системе, асимптотически снижается, стремясь в пределе к плотности жидкой фазы.

Таким образом, в интервале от нуля до 1-γ_т/ρ_т плотность диспергированной системы находится в функциональной зависимости от степени заполнения объема пустот твердой фазы жидкостью (густые, малоподвижные пасты), а при V_ж более 1-γ_т/ρ_т - в функциональной зависимости от степени раздвижки твердой фазы жидкой (α) (системы, растекающиеся под действием собственной массы и постепенно переходящие в суспензионное состояние).

Изобретение поясняется иллюстрациями, где на фиг. 1 представлена схематическая зависимость плотности диспергированных систем от степени заполнения объема пустот твердой фазы жидкой (ϕ) и степени раздвижки твердой фазы жидкой (ϕ), а на фиг. 2 - зависимость плотности цементного теста от степени заполнения объема пустот цемента водой (ϕ) и от величины коэффициента раздвижки цемента водой (α).

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1 Определение плотности цементного теста (ЦТ) при α более 1.

В результате испытаний определена плотность цемента, она равна ρ_ц = 3,1 г/см³. Плотность воды равна ρ_в = 1,0 г/см³. Объемная масса цемента определена в цилиндре между двумя вкладышами. Навеска сухого цемента подвергнута уплотнению в цилиндре при давлении 40 МПа. С учетом массы навески и объема уплотненного образца определена объемная масса сухого уплотненного цемента, она равна γ_т = 2,17 г/см³.

При N = В кг/Ц кг = 0,2 α = 2,17 (0,2 • 3,1 + 1,0)1,0 • 3,1 = 1,134.

При этом плотность цементного теста, рассчитанная по формуле равна

При


При N = 0,4 α = 1,568, а ρ_цт = 1,938 г/см³ (1938 кг/м³).

При N = 0,5 α = 1,785, а ρ_цт = 1,824 г/см³ (1824 кг/м³).

При N = 0,6 α = 2,002, а ρ_цт = 1,734 г/см³ (1734 кг/м³).

При N = 1,2 = 3,304, а ρ_цт = 1,445 г/см³ (1445 кг/м³).

Пример 2
Определение плотности асфальтового вяжущего вещества (ABB) при α более 1.

В результате испытаний определена плотность минерального порошка - известняковой муки, она равна ρ_мп = 2,71 г/см³. Плотность битума, определенная пикнометрическим методом, равна ρ_б = 1,01 г/см³. Объемная масса сухого минерального порошка, уплотненного в цилиндре между двумя вкладышами при давлении 40 МПа, равна 1,876 г/см³ γ_мп.

При α более 1 плотность ABB, определяемая по формуле

при N = 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 и 1,2 равна соответственно
при N =0,2


при N = 0,3 α = 1,249 ρ_авв = 1,952 г/см³ (1952 кг/м³),
при N = 0,4 α = 1,435 ρ_авв = 1,830 г/см³ (1830 кг/м³),
при N = 0,5 α = 1,621 ρ_авв = 1,736 г/см³ (1736 кг/м³),
при N = 0,6 α = 1,807 ρ_авв = 1,661 г/см³ (1661 кг/м³),
при N = 1,2 α = 2,921 ρ_авв = 1,413 г/см³ (1413 кг/м³) и т.д. до ρ_авв_→ρ_б.
Пример 3
Определение плотности шпатлевки (шпаклевки) при α более 1.

Плотность порошка (мел), определенная с использованием прибора Ле-Шателье, равна ρ_м = 2,68 г/см³. Объемная масса сухого порошкообразного мела, уплотненного в цилиндре между двумя вкладышами при давлении 40 МПа, равна γ_м = 1,855 г/см³. Плотность алкидной смолы, определенная пикнометрическим методом, составила ρ_ас = 0,932 г/см³.

При α более 1 плотность шпатлевки, определяемая по формуле

при N = 0,16; 0,18; 0,20 и 0,30 равна соответственно
при N = 0,16


при N = 0,18 = 1,0504 ρ_шп = 2,084 г/см³,
при N = 0,20 α = 1,090 ρ_шп = 2,042 г/см³,
при N = 0,30 α = 1,289 ρ_шп = 1,567 г/см³ и т.д.

В результате проведения опытно-лабораторных испытаний в строительном павильоне университета образцов цементного теста и шпаклевки подтверждены данные, приведенные в материалах заявки. Экспериментально определенная плотность по величине совпадает с плотностью, рассчитанной по предлагаемому способу.

Определение плотности диспергированных систем по заявляемому способу резко сокращает время на проведение испытаний. Результаты лабораторных испытаний исходных материалов могут быть многократно использованы в последующих расчетах. Точность определяемой величины зависит только от точности измерений массы и объема в процессе испытаний твердой и жидкой фаз.

Способ определения плотности разнородных систем и получаемая величина могут быть включены в компьютерную программу для расчета составов сложных конгломератных систем строительного назначения.

Формула изобретения

Способ определения плотности диспергированных систем, включающий определение плотности жидкой фазы, плотности твердой фазы и расчет плотности диспергированных систем, отличающийся тем, что определяют объемную массу сухой твердой фазы, используют массовые характеристики жидкой и твердой фаз и их массовые отношения и при величинах коэффициента раздвижки твердой фазы жидкой α больше 1 расчет плотности диспергированных систем ведут по формуле:

где ρ_дс - плотность диспергированных систем, кг/м³;
ρ_т- плотность твердой фазы, кг/м³;
γ_т - объемная масса сухой твердой фазы, кг/м³;
ρ_ж - плотность жидкой фазы, кг/м³;
α - коэффициент раздвижки твердой фазы жидкой, безразмерная величина.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2